4. Kubernetes 版本升级机制：控制平面与节点升级官方流程

Kubernetes 版本升级是集群生命周期管理中最关键的操作之一。官方推荐的升级路径遵循“先控制平面，后工作节点”的原则，且版本号只能逐级递增（例如从 1.27.x 升级到 1.28.x），不可跨大版本升级。本章详解基于 kubeadm 的升级流程，以及 kubectl drain、cordon 等核心命令在节点管理中的作用。

4.1 升级前的版本兼容性检查

在开始升级之前，必须确认目标版本与当前集群的兼容性。Kubernetes 社区维护的版本偏差策略（Version Skew Policy）规定了控制平面与节点之间的最大允许版本差。

4.2 控制平面升级流程（kubeadm upgrade）

控制平面升级是整个升级过程的核心，涉及 API Server、Controller Manager、Scheduler 以及 etcd 等关键组件。使用 kubeadm 工具可以自动化大部分操作。

4.2.1 升级主控制平面节点

以下是在第一个控制平面节点上执行升级的标准步骤：

1. 检查可升级版本： kubeadm upgrade plan
2. 升级 kubeadm 本身： 使用包管理器（apt/yum）将 kubeadm 升级到目标版本。
3. 执行控制平面升级： kubeadm upgrade apply v1.28.x
4. 升级 kubelet 和 kubectl： 使用包管理器升级这两个组件，然后重启 kubelet 服务。
5. 验证节点状态： kubectl get nodes 确认节点版本已更新。

# 步骤 1：查看升级计划
kubeadm upgrade plan

# 步骤 2：升级 kubeadm（以 Ubuntu/Debian 为例）
apt-get update && apt-get install -y kubeadm=1.28.x-00

# 步骤 3：应用升级
kubeadm upgrade apply v1.28.x

# 步骤 4：升级 kubelet 和 kubectl
apt-get install -y kubelet=1.28.x-00 kubectl=1.28.x-00
systemctl restart kubelet

# 步骤 5：验证
kubectl get nodes

4.2.2 升级其余控制平面节点

对于高可用集群中的其他控制平面节点，使用 kubeadm upgrade node 命令：

# 在其余控制平面节点上执行
kubeadm upgrade node

该命令会自动检测节点角色并执行相应的升级操作，无需再次指定版本号。

4.3 节点管理命令：cordon 与 drain

在升级工作节点之前，必须将节点上的 Pod 迁移到其他节点，以避免服务中断。Kubernetes 提供了两个关键命令来实现这一目标。

4.3.1 kubectl cordon

cordon 命令将节点标记为“不可调度”（SchedulingDisabled）。新创建的 Pod 不会被调度到该节点上，但节点上已有的 Pod 会继续运行。

# 标记节点为不可调度
kubectl cordon node-worker-1

# 验证节点状态
kubectl get nodes
# 输出示例：node-worker-1   Ready,SchedulingDisabled

4.3.2 kubectl drain

drain 命令在 cordon 的基础上，进一步驱逐节点上所有非 DaemonSet 的 Pod。它会先执行 cordon 操作，然后逐出 Pod，并等待 Pod 在新的节点上启动。

# 驱逐节点上的 Pod（忽略 DaemonSet）
kubectl drain node-worker-1 --ignore-daemonsets --delete-emptydir-data

# 常用参数说明：
# --ignore-daemonsets：忽略 DaemonSet 管理的 Pod（它们不会被驱逐）
# --delete-emptydir-data：允许删除使用 emptyDir 的 Pod（数据会丢失）
# --force：强制驱逐，即使 Pod 不属于 ReplicaSet/Deployment

4.4 工作节点升级流程

完成控制平面升级后，可以开始升级工作节点。推荐使用滚动升级策略，逐个节点进行操作。

1. 标记节点不可调度并驱逐 Pod： kubectl drain node-worker-1 --ignore-daemonsets
2. 升级 kubeadm、kubelet、kubectl： 使用包管理器升级到目标版本。
3. 执行节点升级： kubeadm upgrade node
4. 重启 kubelet： systemctl restart kubelet
5. 恢复节点调度： kubectl uncordon node-worker-1
6. 验证节点状态： 确认节点版本已更新且状态为 Ready。

# 在目标工作节点上执行
kubectl drain node-worker-1 --ignore-daemonsets --delete-emptydir-data

# 升级组件
apt-get install -y kubeadm=1.28.x-00 kubelet=1.28.x-00 kubectl=1.28.x-00

# 执行节点升级
kubeadm upgrade node

# 重启 kubelet
systemctl restart kubelet

# 恢复调度（在控制平面节点上执行）
kubectl uncordon node-worker-1

4.5 升级流程总览图

下图展示了从控制平面到工作节点的完整升级流程，以及各阶段使用的关键命令。

4.6 升级后的验证与回滚准备

升级完成后，必须执行一系列验证操作，确保集群功能正常。同时，应保留升级前的备份，以便在出现问题时快速回滚。